包括軸對稱供給空腔的渦輪增壓器吹掃密封件的制作方法
【專利說明】包括軸對稱供給空腔的渦輪増壓器吹掃密封件
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求提交于2013年7月26日的標(biāo)題為“利用軸對稱體積以有利于供氣通道制造的渦輪增壓器吹掃密封件”的美國臨時申請第61/858978號的優(yōu)先權(quán)及其所有權(quán)益，其全部內(nèi)容以引用的方式并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]渦輪增壓器設(shè)置在發(fā)動機上，以大于正常送氣構(gòu)造中可能存在的密度將空氣輸送到發(fā)動機進(jìn)氣口。這使得更多的燃料燃燒，因此增加了發(fā)動機的馬力而沒有明顯地增加發(fā)動機的重量。
[0004]通常，渦輪增壓器使用來自發(fā)動機排氣歧管的排氣流來由此驅(qū)動位于渦輪機殼體中的渦輪機葉輪，該排氣流在渦輪機殼體入口處進(jìn)入渦輪增壓器的渦輪機級。渦輪機葉輪附連到可旋轉(zhuǎn)地支撐在軸承殼體內(nèi)的軸的一端。該軸驅(qū)動安裝在該軸的另一端的壓縮機葉輪。這樣，渦輪機葉輪提供旋轉(zhuǎn)動力來驅(qū)動壓縮機葉輪，并且由此驅(qū)動渦輪增壓器的壓縮機。然后，將壓縮空氣供給至如上所述的發(fā)動機進(jìn)氣口。
[0005]渦輪增壓器的壓縮機級包括壓縮機葉輪及其相關(guān)聯(lián)的壓縮機殼體。過濾后的空氣軸向吸入至壓縮機空氣入口中，該入口限定了軸向延伸至壓縮機葉輪的通道。壓縮機葉輪的旋轉(zhuǎn)對空氣加壓，產(chǎn)生從壓縮機葉輪到壓縮機蝸殼中的徑向向外的氣流，以便流向發(fā)動機。
[0006]渦輪機級和壓縮機級中的壓力條件常常能導(dǎo)致通過將旋轉(zhuǎn)組件密封在軸承殼體上的密封機構(gòu)而抽出油。油從軸承殼體到壓縮機級和發(fā)動機燃燒室的內(nèi)部流動通常被稱為“壓縮機端油通過”。壓縮機端油通過是要避免的，這是因為它可導(dǎo)致催化劑受到污染以及不必要的排放物。面對日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，壓縮機端油通過的傾向正在成為一個更大的問題。
[0007]因此，有必要在渦輪增壓器的壓縮機端中的轉(zhuǎn)動部件與靜態(tài)部件之間設(shè)置增強的密封裝置，尤其是在低渦輪增壓器速度下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在一些方面，提供了一種用于渦輪增壓器的密封系統(tǒng)，其包括具有軸向孔、旋轉(zhuǎn)組件和插入件的軸承殼體。旋轉(zhuǎn)組件包括具有旋轉(zhuǎn)軸線的軸(該軸通過軸承可旋轉(zhuǎn)地支撐在軸向孔中)、安裝在軸上的壓縮機葉輪以及設(shè)置在軸承和壓縮機葉輪之間的軸上的拋油環(huán)。插入件設(shè)置在軸向孔中，以便圍繞拋油環(huán)，并限定出徑向向外表面。該密封系統(tǒng)包括吹掃密封件，其可操作地定位在插入件與拋油環(huán)之間的界面中。吹掃密封件配置為將加壓流體引入界面中，并包括環(huán)繞插入件的徑向向外表面的環(huán)形空腔?？涨恍纬膳渲脼檩斔图訅毫黧w至界面的流體路徑的一部分。
[0009]密封系統(tǒng)可包括以下一個或多個特征:插入件包括至少一個向空腔和界面這兩者打開的徑向孔，并形成流體路徑的另一部分。密封系統(tǒng)包括第一活塞環(huán)和第二活塞環(huán)。第一活塞環(huán)和第二活塞環(huán)設(shè)置在拋油環(huán)的徑向向外表面與插入件之間。徑向孔在第一活塞環(huán)與第二活塞環(huán)之間的位置處與界面相連通。插入件包括徑向延伸的密封凸緣，而空腔限定在軸承殼體、插入件的徑向向外表面以及密封凸緣之間。密封凸緣抵靠著軸承殼體的軸向表面。密封凸緣通過卡環(huán)相對于軸承殼體保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩２迦爰鄬τ谳S承殼體的位置是由設(shè)置在插入件與軸承殼體的一部分之間的卡環(huán)來保持。供給通路與空腔流體連通，該供給通路形成流體路徑的另一部分。0型環(huán)設(shè)置在插入件的徑向向外表面上的凹槽中，該0型環(huán)在插入件的徑向向外表面與軸承殼體的徑向向內(nèi)表面之間提供密封。
[0010]在一些方面，渦輪增壓器包括軸承殼體，該軸承殼體具有軸向孔、連接到軸承殼體的一端的渦輪機級、連接到軸承殼體的相對端的壓縮機級以及旋轉(zhuǎn)組件。旋轉(zhuǎn)組件包括具有旋轉(zhuǎn)軸線且通過軸承可旋轉(zhuǎn)地支撐在軸向孔中的軸、安裝在軸上的壓縮機葉輪以及設(shè)置在軸承與壓縮機葉輪之間的軸上的拋油環(huán)。渦輪增壓器還包括設(shè)置在軸向孔中以便圍繞拋油環(huán)的插入件，插入件限定出徑向向外表面。吹掃密封件可操作地定位在插入件與拋油環(huán)之間的界面中，該吹掃密封件配置為將加壓流體引入界面中；以及環(huán)繞插入件的徑向向外表面的環(huán)形空腔，該空腔形成配置為輸送加壓流體至界面的流體路徑的一部分。
[0011]渦輪增壓器可包括以下一個或多個特征:插入件包括至少一個向空腔和界面這兩者打開的徑向孔，并形成流體路徑的另一部分。插入件包括徑向延伸的密封凸緣，而空腔限定在軸承殼體、插入件的徑向向外表面和密封凸緣之間。第一活塞環(huán)和第二活塞環(huán)設(shè)置在拋油環(huán)的徑向向外表面與插入件之間，并且徑向孔在第一活塞環(huán)與第二活塞環(huán)之間的位置處與界面相連通。供給通路與空腔流體連通，供給通路形成流體路徑的另外一部分。插入件相對于軸承殼體的位置是由設(shè)置在插入件與軸承殼體的一部分之間的卡環(huán)來保持。
[0012]各實施例涉及在壓縮機葉輪的背面與鄰近組件(例如，軸承殼體和/或插入件)之間的密封系統(tǒng)。密封系統(tǒng)可以改善渦輪增壓器的壓縮機端上的動態(tài)旋轉(zhuǎn)組件部件與的互補靜態(tài)部件之間的密封，由此使壓縮機端油通過和漏氣減到最小。如本文所使用的，術(shù)語“漏氣”是指高壓變化空氣(在壓縮機側(cè))或排氣(在渦輪機側(cè))泄漏入軸承殼體和發(fā)動機曲軸箱中。密封系統(tǒng)可包括密封元件，例如外部吹掃氣體，以提高間隙密封。密封元件可以可操作地定位在旋轉(zhuǎn)組件與互補靜態(tài)部件之間的界面處。吹掃密封件選擇性地提供外部加壓氣體或內(nèi)部供給原料氣(即空氣)到間隙密封件處的界面，以保持向內(nèi)指向的壓力梯度，而不管渦輪增壓器的工況如何。通過氣體供給路徑向吹掃密封件供給氣體，該氣體供給路徑包括形成在軸承殼體中的氣體通路、形成在旋轉(zhuǎn)組件的插入件中的一個或多個徑向孔、以及形成在軸承殼體中且位于氣體供給路徑與插入件的徑向孔的中間并與它們流體連通的軸對稱空腔。軸對稱空腔用作環(huán)形歧管來將氣體輸送到插入件徑向孔，而無需考慮插入件在軸承殼體中的方向。然而，可以理解的是，增加吹掃氣體不會將漏氣泄漏降低到間隙密封件的正常能力下來阻止漏氣泄漏。
[0013]有利地是，氣體供給路徑內(nèi)的軸對稱空腔有利于制造氣體供給源與間隙密封迷宮式體積之間的通道。例如，通道可以在更方便于機械加工的角度和更短的距離上進(jìn)行機械加工。此外，消除了將連續(xù)的通道部分對準(zhǔn)的需求?？涨挥心康牡胤胖脕矸奖憬咏鼉?nèi)部和外部吹掃氣體源，其中包括來自通過擴散面連接的壓縮機排放管線的內(nèi)部源，以及包括發(fā)動機排氣的外部源。在一些實施例中，部件集成來使復(fù)雜性降至最低。
【附圖說明】
[0014]各實施例在附圖中以示例和非限定性的方式進(jìn)行圖示，其中相同的附圖標(biāo)記指代相似的部件。
[0015]圖1為傳統(tǒng)渦輪增壓器的剖視圖。
[0016]圖2為圖1的傳統(tǒng)渦輪增壓器的壓縮機端的一部分的放大視圖。
[0017]圖3為包括密封系統(tǒng)的渦輪增壓器的剖視圖。
[0018]圖4為圖3的渦輪增壓器的芯組件的分解圖。
[0019]圖5為插入件的側(cè)視圖。
[0020]圖6為圖5的插入件的剖視圖。
[0021]圖7為傳統(tǒng)插入件的剖視圖。
[0022]圖8為拋油環(huán)的透視圖。
[0023]圖9為圖8的拋油環(huán)的剖視圖。
[0024]圖10為傳統(tǒng)拋油環(huán)的剖視圖。
[0025]圖11為圖3的渦輪增壓器的壓縮機端的一部分的放大視圖。
[0026]圖12為圖3的渦輪增壓器的軸承殼體的壓縮機端的一部分的放大視圖。
[0027]圖13為圖3的渦輪增壓器的軸承殼體的剖視圖，其中，圖13的剖面是在相對于圖3的剖面的角度上截取。
[0028]圖14為包括可替代實施例的密封系統(tǒng)的渦輪增壓器的剖視圖。
[0029]圖15為包括另一個可替代實施例的密封系統(tǒng)的渦輪增壓器的剖視圖。
[0030]圖16為包括另一個可替代實施例的密封系統(tǒng)的渦輪增壓器的剖視圖。
[0031]圖17為包括另一個可替代實施例的密封系統(tǒng)的渦輪增壓器的剖視圖。
[0032]圖18為圖17的渦輪增壓器的插入件的透視圖。
【具體實施方式】
[0033]本文所述的布置涉及在渦輪增壓器的壓縮機端上的動態(tài)旋轉(zhuǎn)組件部件與互補靜態(tài)部件之間使用的密封系統(tǒng)和方法。更具體地，這里的實施例涉及密封系統(tǒng)的形成，該密封系統(tǒng)能夠在間隙密封件(例如，活塞密封環(huán))界面的外側(cè)上保持正壓力，以防止油泄漏。在此公開了詳細(xì)實施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，所公開的實施例僅旨在作為示例性的。因此，此處公開的特